第14章-第二、三节..ppt

二、矿物的力学性质,矿物的力学性质是指矿物在外力(如敲打、挤压、拉引和刻划等)作用下所表现出来的性质。包括：（1）矿物的解理、裂开和断口；（2）矿物的硬度；（3）矿物的弹性和挠性。（4）矿物的脆性与延展性；,解理：在外力作用下，沿一定结晶学方向破裂形成一系列光滑平面的性质。破裂面叫解理面。解理的概念只适用于矿物显晶质单晶体。,1）与晶体结构有关，沿化学键弱的面网裂开；2）可以有多个方向的解理并且分布具有对称性，因为晶体结构是对称的；3）可以用单形符号来描述解理的结晶学方向性，因为单形描述的是性质相同的一组晶面，而解理是性质相同的一组面网产生的。,（一）解理、裂开、断口：,解理、裂开、断口：,解理与晶体结构的关系：总的说是沿化学键弱的面网裂开。具体有以下情况：1）沿面网间距大的方向裂开（主要针对原子晶格）；2）沿电性中和面裂开（主要针对离子晶格）。如NaCl晶体；,金刚石结构中111面网间距大，产生解理,NaCl结构中100是电性中和面，产生解理,解理、裂开、断口：,3）沿同号离子相邻的面网裂开（主要针对离子晶格）。4）对于多键型晶格，一般沿分子键裂开；5）对于金属键晶格，一般无解理，因为金属键各向键性均匀。,解理、裂开、断口：,解理的表示方法：用单形符号可以表示出解理的方向性与组数（同一方向的解理为一组解理），还可以反映出解理面夹角。,例如：石盐、方铅矿有100解理，在已知是等轴晶系的前提下，可知：解理面垂直3个晶轴，有3组解理，解理面夹角为90度；闪锌矿有110解理，在已知是等轴晶系的前提下，可知：解理面在两晶轴之间，有6组解理，解理面夹角120度和90度；,解理、裂开、断口：,解理的等级：根据解理产生的难易程度及其完好性划分1）极完全解理：破裂成薄片，平整而光滑，如云母；2）完全解理：破裂成板块，较平整而光滑，如方解石；3）中等解理：破裂成不太平整的面，但在较小的范围内隐约可见平面，如白钨矿；4）不完全解理：基本上见不到解理面，但隐约可见断断续续的面，如磷灰石；5）极不完全解理：无解理面，如石英。对不完全解理和极不完全解理，肉眼见不到解理面，以后都以解理不发育或无解理描述。,白云母的极完全解理,方解石的完全解理,普通角闪石的中等解理,磷灰石的不完全解理,石英的极不完全解理,解理、裂开、断口：,关于解理面的观察，要注意以下几点：解理面的观察一定要在单晶体内部观察，对集合体，要首先划出单颗粒范围，再观察；对隐晶集合体无解理可言。解理等级的划分是比较难的，要凭经验。解理面与晶面区别：解理面是破裂面，相互平行可产生无穷多解理面，而晶面只是在表面；解理面上有解理阶梯，是相互平行的解理在解理面上的表现，晶面上有生长花纹：聚形纹、生长阶梯（多边形，螺旋形）、生长丘、蚀像等。,解理面,晶面,解理、裂开、断口：,裂开：因为某些非晶体结构的原因，晶体在外力作用下沿一定结晶学方向裂开。现象与解理一样，但成因不一样。非晶体结构的原因指：定向包裹体、定向出溶体在晶体结构中的某些面网上排列，导致这些面网容易破裂。,裂开面不直接受晶体结构控制。因而裂开不是矿物本身固有的特性，它只出现于某些矿物在特定环境下形成的某些晶体上。因此裂开有时可以帮助推测矿物的成分、成因特点及形成历史等。,解理、裂开、断口：,裂开也可以用单形符号表示，如：磁铁矿常见111裂开，这是因为原来的固溶体钛磁铁矿在温度下降后将钛铁矿出溶出来，而钛铁矿的0001面网与磁铁矿的111面网相似，因此附着在磁铁矿的111面网定向排列，导致磁铁矿沿111裂开。,磁铁矿的111裂开，从现象上还是与解理有些区别：没有解理面密集。,解理、裂开、断口：,断口：矿物晶体受力后将沿任意方向破裂而形成各种不平整的断面。矿物的解理与断口产生的难易程度是互为消长的。晶格内各个方向的化学键强度近于相等的矿物晶体，受力后，形成一定形状的断口，而很难产生解理。,与解理不同的是，断口也针对隐晶集合体，如土状断口是土状集合体矿物表现出来的一种断口形状。断口常呈一些特征的形状，但它不具对称性，并不反映矿物的任何内部特征，因此，断口只可作为鉴定矿物的辅助依据。,解理、裂开、断口：,常见的矿物断口，主要有：贝壳状断口、锯齿状断口、参差状断口、平坦状断口、土状断口、纤维状断口,贝壳状,锯齿状,参差状,（二）矿物的硬度：,矿物的硬度：是指矿物抵抗外来机械作用(如刻划、压入或研磨等)的能力。它是鉴定矿物的重要特征之一。测定硬度的方法：大致可分为刻划法、压入法、研磨法等，其中前两种目前应用最广。（1）刻划法。用十种硬度递增的矿物为标准来测定矿物的相对硬度，以确定矿物抵抗外来刻划的能力，此即摩斯硬度计（常用于矿物的肉眼鉴定）。摩氏硬度计：1滑石；2石膏；3方解石；4萤石；5磷灰石；6长石；7石英；8黄玉；9刚玉；10金刚石。,1滑石,2石膏,3方解石,4萤石,5磷灰石,6正长石,7石英,8黄玉,10金刚石,9刚玉,在野外工作，还可利用指甲（22.5）、小钢刀（55.5）等来代替硬度计。据此，可以把矿物硬度粗略分成软（硬度小于指甲）、中（硬度大于指甲，小于小刀）、硬（硬度大于小刀）三等。有少数矿物用石英也刻划不动，可称为极硬，但这样的矿物比较少。测定硬度时必须选择新鲜矿物的光滑面试验，才能获得可靠的结果。同时要注意刻痕和粉痕（以硬刻软，留下刻痕；以软刻硬，留下粉痕）不要混淆。对于粒状、纤维状矿物，不宜直接刻划，而应将矿物捣碎，在已知硬度的矿物面上摩擦，视其有否擦痕来比较硬度的大小。,矿物的硬度：,矿物的硬度：,影响矿物硬度的主要因素：（1）化学键的类型及强度:一般地，典型原子晶格离子晶格金属晶格分子晶格氢键为主的矿物。（2）含H2O或OH-者硬度通常都很低:如石膏(CaSO42H2O)和硬石膏(CaSO4)的硬度分别为2和33.5。,（3）离子晶格矿物：（a）当矿物结构类型相同(等型结构)时，若离子电价也相同，则矿物的硬度随离子半径的减小而增高。例：rMg2+0.066nm，rCa2+0.108nm菱镁矿(MgCO3)的硬度(3.54.5)大于方解石(CaCO3)的硬度(3)。,（b）若离子半径相近，则离子电价越高的矿物硬度越大。例:rCa2+=0.112nm,rTh4+=0.105nm萤石(CaF2)的硬度(4)大于方钍石(ThO2)的硬度(6.5)。（c）当结构类型不同，但其他因素类同时，矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高(即阳离子的配位数增高)而增大。例：方解石和文石（CaCO3）的同质二像变体，前者的结构比后者“疏松”（其相对密度分别为2.72和2.94，Ca2+的配位数分别为6和9），相应的方解石的硬度为3，文石的硬度为3.54,矿物的硬度：,矿物的硬度：,矿物硬度的异向性：同一晶体不同方向上，硬度可能不同，如：蓝晶石（也称二硬石）。精确地测量出各不同方向上的硬度，还可以绘出硬度等值曲线：,注意：硬度是随方向变化，而不是随部位变化。,（三）矿物的弹性与挠性：,（1）矿物的弹性：矿物在外力作用下发生弯曲形变，当外力撤除后，在弹性限度内能够自行恢复原状的性质，称为弹性。具层状结构的云母及链状结构的角闪石石棉表现出明显的弹性。（2）矿物的挠性：某些矿物在撤除使其发生弯曲形变的外力后，不能恢复原状，这种性质称为挠性。如滑石、绿泥石、蛭石、石墨和辉钼矿等。,矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构层间或链间键力的强弱。如果键力很微弱，受力时基本上不产生内应力，故形变后内部无力促使晶格恢复到原状而表现出挠性；反之则表现出弹性。,（四）矿物的脆性与延展性：,（1）矿物的脆性：是指矿物受外力作用时易发生碎裂的性质，它与矿物的硬度无关。自然界绝大多数非金属晶格矿物都具有脆性，如自然硫、萤石、黄铁矿、石榴子石和金刚石等。,（2）矿物的延展性：矿物受外力拉引时易成为细丝的性质称为延性，矿物在锤击或碾压下易形变成薄片的性质称为矿物的展性。物体的延性和展性往往总是同时并存，故一般统称为延展性。它是矿物受外力作用发生晶格滑移形变的一种表现，是金属键矿物的一种特性。自然金属元素矿物，如自然金、自然银和自然铜等均具强延展性；某些硫化物矿物，如辉铜矿等也表现出一定的延展性。,肉眼鉴定矿物时，用小刀刻划矿物表面，若留下光亮的沟痕，而不出现粉末或碎粒，则矿物具延展性，借此可区别于脆性矿物。,矿物力学性质总结：,矿物的力学性质基本上都与化学键强度有关，其中力学性质的异向性，如解理的异向性、硬度的异向性，都与化学键强度分布的异向性有关。要了解用单形符号表示解理异向性（对称性）的方法。通过实习掌握解理等级划分技巧。一些力学性质与化学键的关系：弹性层间离子键；挠性层间分子键；延展性金属键。,三、矿物的其他物理性质：,包括：矿物的密度、磁性、电性等。,（一）矿物的密度1、矿物的密度：指矿物单位体积的质量，其单位为g/cm3。它可以根据矿物的晶胞大小及其所含的分子数和分子量计算得出。例如，石英的密度为2.65g/cm3；4时纯水的密度为1g/cm3。,2、矿物的相对密度:指纯净的单矿物在空气中的质量与4时同体积的水的质量之比。（无量纲）,3、矿物相对密度分级：肉眼鉴定矿物时，通常将矿物相对密度（比重）分三级：(1)轻级：相对密度小于2.5。如石墨(2.092.23)，石盐(2.12.2)和石膏(2.3)等。(2)中级：相对密度在2.54之间。大多数非金属矿物属此级别。如石英(2.65)，萤石(3.18)和金刚石(3.52)等。(3)重级：相对密度大于4。硫化物及自然金属元素矿物。如黄铁矿(4.95.2)，自然金(1.561.93)等。,矿物的的密度：,矿物的的密度：,4、影响矿物相对密度的主要因素：（1）组成元素的原子量越大，相对密度越大。（2）半径增大，相对密度减小。（3）质点堆积越紧密，即原子或离子的配位数越高的，其相对密度则越大。（4）高压环境下形成的矿物的相对密度较大；高温下相对密度较小。,（二）矿物的磁性：,矿物的磁性：矿物在外磁场作用下被磁化所表现出能被外磁场吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。,（3）抗磁性或逆磁性矿物：磁化方向与外磁场方向相反，微略表现出被排斥的性质(如方解石、萤石和自然银等)。,（2）电磁性矿物：包括反铁磁性(赤铁矿、自然铂和方锰矿等)和顺磁性(如黑云母、普通辉石和黑钨矿等)。在外磁场中磁化微弱，与外磁场磁化方向相同，只能被磁场强度大的电磁铁吸引。,矿物的磁性分类：（按在外磁场中磁化的强弱归类）（1）磁性矿物：包括铁磁性(如自然铁等)和亚铁磁性(磁黄铁矿和磁铁矿等)矿物。在外磁场被强烈磁化，磁化方向与外磁场方向相同，既可被永久磁铁所吸引，又能吸引铁质物体。,矿物的磁性：,肉眼鉴定时的矿物磁性分级：据矿物被马蹄形磁铁或磁化小刀吸引的强弱，将矿物分为三级：(1)强磁性：矿物块体或较大的颗粒能被吸引。如磁铁矿。(2)弱磁性：矿物粉末能被吸引。如铬铁矿。(3)无磁性：矿物粉末也不能被吸引。如黄铁矿。,矿物的磁性是由组成矿物的原子或离子的未成对电子的自旋磁矩产生的，离子的未成对电子越多，矿物的磁性就越强，反之，则弱或不显磁性。对于惰性气体型离子和铜型离子来讲，具有饱和的外电子构型，因而不显磁性；而过渡型离子具有未充满的d电子，因而多具有磁性。但并非所有的过渡型离子都具有磁性。离子进入不同的晶体场，采用不同的自旋状态，其磁性不同,四面体场高自旋弱磁性（Zn,Fe)S,矿物的磁性：,（三）矿物的电学性质：导电性,导电性：指矿物对电流的传导能力，它主要取决于化学键类型及内部能带结构特征。,（a）具有金属键的自然元素矿物和某些金属硫化物为电的良导体，如自然铜、石墨、辉铜矿和镍黄铁矿等；（b）离子键或共价键矿物具弱导电性或不导电，非金属矿物为绝缘体，如石棉、白云母、石英和石膏等；（c）大部分深色硫化物、硫盐和氧化物，当温度升高时，导电性增强，温度降低时则不导电，为半导体，如闪锌矿、黄铁矿及型金刚石等。,矿物的电学性质：介电性,矿物的介电性：指不导电的(即电介质的)或导电性极弱的矿物在外电场中被极化产生感应电荷的性质。常通过测定其介电常数(即电容率)来研究。介电常数的大小主要取决于阴、阳离子的类型、半径、极化率及矿物的内部结构。硫化物和氧化物的介电常数较大。矿物介电性的研究可以用于矿物分选、划分成矿阶段、判断矿床成因等。,矿物的电学性质：压电性,压电性和热释电性均主要存在于无对称中心、具极轴(即在该轴两端无对称关系)的电介质晶体中。矿物的压电性：指某些电介质的单晶体，当受到定向压力或张力的作用时，能使晶体垂直于应力的两侧表面上分别带有等量的相反电荷的性质。若应力方向反转时，则两侧表面上的电荷易号。晶体在机械压、张应力不断交替作用下，即可产生一个交变电场，这种效应称为压电效应。,若将压电晶体置于一个交变电场中，则会引起晶体发生机械伸缩的效应，称为电致伸缩，或称反压电效应,矿物的电学性质：压电性,压电性产生的机理：晶体中存在极轴（两端不对称的方向），外应力沿极轴方向压伸，会导致晶体内部的正负电荷重心不再重合，使晶体产生电性。例如石英的压电性产生机理：,所以，压电性要求晶体一定要有极轴。,矿物的电学性质：热释电性,热释电性:指在加热冷却时，在一定的结晶学方向上两端产生相反电荷的性质。,矿物的电学性质：热释电性,热释电性产生机理：源于晶体自发极化，即晶体本身电极矩不为0，在无外